Des techniques hybrides stimulent les innovations dans le domaine de l’éolien
Il est capital d’exploiter le potentiel de l’énergie éolienne, une source indispensable d’énergie renouvelable, si l’Europe entend s’affranchir de sa dépendance envers les combustibles fossiles. L’énergie éolienne ouvre également de nouveaux débouchés économiques, le secteur employant environ 280 400 personnes rien qu’en Europe. La préservation de l’avantage concurrentiel de l’Europe dans ce domaine et l’introduction d'innovations visant à améliorer l’efficacité de l’énergie éolienne constituent toutefois un défi permanent. Ainsi, pour répondre à la demande, le secteur devra accroître considérablement la taille moyenne des éoliennes dans un avenir proche, tout en garantissant la fiabilité et la rentabilité de la production. «Si nous ne modifions pas les méthodes de test actuelles, il faudra réaliser des tests physiques sur des composants plus volumineux», fait remarquer Mireia Olave, coordinatrice du projet INNTERESTING, de la société IKERLAN, en Espagne. «Ces tests peuvent s’avérer très onéreux et chronophages.» Dans de nombreux cas, le milieu environnant limite la flexibilité des bancs d’essai utilisés, c’est-à-dire les infrastructures créées pour valider la technologie, et ceux-ci doivent souvent ensuite être démantelés.
Des approches innovantes pour tester la technologie éolienne
Le projet INNTERESTING, financé par l’UE, a cherché à relever ce défi en éliminant en premier lieu le besoin de recourir à ces grands bancs d’essai. L’idée était plutôt d’élaborer une nouvelle méthodologie hybride qui combine des prototypes à échelle réduite et une modélisation sur ordinateur de haute technologie. Cette démarche permettrait aux concepteurs d’évaluer la fiabilité de composants d’éoliennes plus volumineux, sans qu’il soit nécessaire de les tester physiquement. L’équipe du projet a identifié trois phases clés dans cette méthodologie. Dans un premier temps, des tests physiques simplifiés et adaptés ont été menés. «Nous nous sommes rendu compte que nous pouvions mener des tests simplifiés à l’aide de prototypes plus petits, ce qui s’avèrerait moins coûteux et plus rapide», explique Mireia Olave. Ensuite, l’équipe a mis au point des tests virtuels avancés, capables d’évaluer la durée de vie et la durabilité de la technologie. Ces tests visaient à tenir compte d’un éventail d’incertitudes et de variabilités, telles que le matériau utilisé et les incertitudes de charge. Enfin, le projet a adopté des techniques virtuelles de mise à l’échelle, capables de prendre en compte la fiabilité et le comportement tout au long du cycle de vie de composants grandeur nature.
Application de la méthodologie à des études de cas réelles
Cette méthodologie a ensuite été démontrée dans le cadre de trois études de cas. La première concernait des composants d’une éolienne offshore de 20 mégawatts (MW), de sept mètres de diamètre et d’une durée de vie exigée de 40 ans. La deuxième portait sur une boîte d’engrenages pour une éolienne terrestre de 10 MW, et tenait compte des aspects critiques tels que les niveaux de densité de couple et les besoins en lubrifiants. «La troisième étude de cas était consacrée à une éolienne de 3,4 MW», explique Mireia Olave. «Dans le cadre du projet, nous voulions trouver des moyens de ralentir la propagation des fissures et de prolonger la durée de vie globale des composants.»
Améliorer l’efficacité dès la phase de développement
Ces études de cas ont permis à l’équipe du projet INNTERESTING de démontrer avec succès la capacité de la méthodologie à tester beaucoup plus efficacement des composants volumineux d’éolienne. «En plus de servir à tester et à valider les composants, cette approche peut aussi être utilisée pour acquérir des connaissances plus approfondies sur les matériaux, les processus de fabrication et les modes de défaillance, informations qui, autrement, coûteraient très cher à obtenir.» Des tests meilleur marché et plus rapides menés à plus petite échelle, combinés à des techniques de mise à l’échelle de pointe ont fait leurs preuves pour obtenir des résultats fiables en matière de performance. Un autre aspect important est la capacité à déterminer la probabilité de défaillance d’un composant. «Nous avons bon espoir que cette méthode innovante sera utilisée à l’avenir pour tester des composants d’éoliennes plus volumineux, ce qui réduira le recours à de grands bancs d’essai», conclut Mireia Olave. «Elle permettra au secteur éolien européen de faire des économies de temps et d’argent au cours du processus crucial de développement des produits.»
Mots‑clés
INNTERESTING, éolien, énergie, éolienne, renouvelable, combustible fossile, offshore
